北京城市化进程对边界层风场结构影响的研究

随着近10年来北京城市化步伐的加快,城市规模迅速扩大,北京三环以外的地区已由20世纪七、八十年代的城郊非均匀下垫面发展成现在粗糙复杂的城区下垫面,市区建筑物相应增多、增密和增高,导致城区地面动力学粗糙度明显增大.本文统计分析了北京325 m气象塔1994年和1997～2003年夏季平均场观测资料,结果表明:(1)在受下垫面影响最为剧烈的近地层,风向逐年趋于紊乱,现在气象塔周围近地面的流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征;(2)近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减的趋势,而且距离地表越近,平均风速逐年递减的趋势也越为显著,这种风速逐年递减的趋势直到63 m左右才不明显,说明现在气象塔47 m以下的观测资料反映的是城市冠层的流场特征,城市冠层厚度约在47～63 m之间;(3)随着北京城市化的发展,城区近地面的平均风速存在逐年递减的趋势,但阵风并不存在相似的递减趋势,表明城市冠层的抬升对阵风的影响并不显著.     

A FLUID EXPERIMENT OF GRAVITY INTERNAL WAVE INDUCED BY TERRAIN

The mountain wave induced by a ridge in two-layer stratified fluid has been successfullysimulated in a tank.The wave pattern is qualitatively similar to that calculated with linear theory.     

大空间建筑物室内气流的大涡模拟

利用大涡模式对大空间建筑物室内气流进行模拟研究,并取得了良好的效果。模拟的内容包括:(1)在机械通风情况下,当存储货物的仓库发生火灾时,将会改变室内的温度场和流场的分布;(2)在自然通风情况下,简单方形钝体建筑物以及大型体育馆室内的流场状况。对以上模拟结果的分析表明,发生火灾时,室内流场主要是由热力作用支配,通风口的位置、通风气流的热力性质、室内物品的堆放方式以及室内物品的热力属性都会在很大程度上影响室内的流场和温度场。在自然通风情况下,室外的气流状况和通风口的位置对室内的气流都有很大的影响,室外的风速大小和风向分别对室内风速的大小和流场分布有重要影响,而通风口的位置主要影响室内气流分布状况。由于决定室内气流的因素很多,所以像体育馆这种对室内气流和空气质量要求比较高的建筑物,要评价以及设计其通风效果及室内空气品质必须针对具体情况从多个方面作具体分析。     

北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究Ⅰ.平均场特征

利用"中国科学探险协会2002年北极科学探险考察"期间,在斯瓦尔巴德地区政府所在地朗伊尔宾城架设的两个自动气象站记录的气象资料,分析了该地区气象要素平均值的日变化,给出了这一极端环境区夏季近地层气象要素的基本物理图像:太阳辐射、大气温度、地表温度和大气湿度等气象要素的日变化都呈单峰分布;地气温差因地而异,不同下垫面类型大气能量的源汇不同;局地环流多种多样,冰川风、海陆风、山谷风相互叠加,主导风向各地不一.     

资料同化在空气质量预报中的应用

随着数值模式的不断完善和观测技术的不断提高,资料同化逐渐成为能够进一步提高数值预报水平的一种有效方法。20世纪70年代,资料同化开始引入空气质量预报领域,成为当前大气环境科学研究的一个新方向。简要介绍了资料同化的含义,较详细地介绍了Kalman滤波法、四维变分同化法、牛顿松弛法的基本思想和优缺点,重点阐述了国内外资料同化在空气质量预报中的研究应用情况,最后指出资料同化应用于空气质量预报时存在的问题和今后的研究方向。     

浅水动力学的格子Boltzmann模拟

建立了一个格子Boltzmann模型,经过Chapman-Enskog展开可以恢复出守恒形式的浅水动力学方程组。理论分析和数值试验的结果都表明,本模型严格地满足质量守恒定律和动量定理。数值模拟了一维和二维溃坝流动,分别与理论解和文献值进行了对比,结果相当吻合。本模型具有很好的并行计算性能,在海洋、大气等大规模数值计算领域有着广阔的发展前景。     

北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究Ⅱ.湍流场特征

利用"中国科学探险协会2002年北极科学探险考察"期间在北极朗伊尔宾地区获得的大气风温微气象脉动资料,讨论了该地区近地层湍流能谱、湍流方差、感热通量、动量通量、温度结构参数以及动量整体输送系数等的分布规律,给出了这一极端环境区夏季近地层微气象场的基本结构,分析了北极地区极昼期间陆地下垫面地-气之间能量交换,丰富了人们对该地区近地层湍流输送过程的深入理解.     

An Application of the RAMS/FLUENT System on the Multi-Scale Numerical Simulation of the Urban Surface Layer A Preliminary Study

The Regional Atmospheric Modeling System （RAMS） and the computational fluid dynamics （CFD） codes known as FLUENT are combinatorially applied in a multi-scale numerical simulation of the urban surface layer （USL）. RAMS and FLUENT are combined as a multi-scale numerical modeling system, in which the RAMS simulated data are delivered to the computational model for FLUENT simulation in an offline way. Numerical simulations are performed to present and preliminarily validate the capability of the multi-scale modeling system, and the results show that the modeling system can reasonably provide information on the meteorological elements in an urban area from the urban scale to the city-block scale, especially the details of the turbulent flows within the USL.     

湍流不同尺度间的相互作用

湍流是由各种不同尺度的涡旋构成的。从整体上讲,存在Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ导得的惯性区结构函数的２／３次方定律和能谱的－５／３次方定律。这种幂律相关的湍流是由每种尺度上指数相关的局部相似的Ｂｒｏｗｎ运动所构成,从而从理论上解释了不同尺度之间的相互作用以及湍流系数Ｋ随尺度变化的规律,初步论证了大气不同层结下湍流系数的差别。结果对研究大气、海洋不同尺度间的相互作用有重要意义。     

修正WRF次网格地形方案及其对风速模拟的影响

复杂地形区域风场模拟的准确率一直是风能研究领域的难点和重点。WRF模式是目前风能评估领域应用最广泛的天气数值模式之一,但该模式在复杂地形区域存在对平原、山谷风速高估且对山顶风速低估的系统性误差,并有研究建立次网格地形方案以订正误差。而次网格地形方案在不同水平分辨率下常出现错误的修正结果,该文基于高精度地形高程数据分析了方案失效的主要原因,发现其方程组中判断山体形态特征的阈值-20在过低和过高水平分辨率下均失去参考性。针对这一原因,将方案中影响关键参数C_t的地形高度算子与模式水平分辨率进行拟合,形成地形高度算子与水平分辨率相依赖的线性关系,获得不同分辨率下更适合的山体形态阈值。通过与自动气象站10 m风速对比分析了修正前后WRF对低层风速的模拟效果,结果显示:修正后的次网格地形方案能够分别在较低和较高分辨率下,部分矫正原方案错误的订正结果,使低层风速模拟更接近实况。修正后的次网格地形方案可为复杂地形区域开展高分辨率风场模拟提供参考。